基本信息
- 項目名稱：
- 分段式提取纖維的制漿新工藝
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 新工藝是植物體全價開發(fā)的一項技術突破，以纖維素的提取為核心，創(chuàng)造性的使用了分段式的提取纖維的制漿新方法及黑液資源化利用的途徑。新工藝攻克了現(xiàn)有制漿工藝纖維得率低、物耗能耗大、“三廢”污染嚴重等技術難關，成功開發(fā)了浸泡和汽蒸的分段式制漿新技術，解決了纖維素、木質素與提取液的有效分離和利用問題，是清潔生產、循環(huán)經濟和可持續(xù)性發(fā)展三者的有機結合體，為新能源的開發(fā)利用提供了有力的技術支撐。
- 詳細介紹：
- 新工藝利用時間和空間的交錯，提出“分段式”提取纖維的制漿新方法，先用低濃度燒堿液或石灰水低溫或常溫浸泡植物體，再帶壓汽蒸，經打磨或爆破噴放、洗滌得到纖維。新工藝通過浸泡預處理原料，使堿充分的吸附在植物上，達到了均勻的傳質平衡；再適當帶壓汽蒸，分離出木質素和纖維素，實現(xiàn)了均勻的傳熱平衡。由于整個過程中初始投入堿量較現(xiàn)有工藝少，并在傳熱反應階段前將稍多余的堿量與植物體原料分開，大大減輕了現(xiàn)有工藝“一鍋煮”對原料中有效成份的破壞，大幅提高了纖維得率。提取液的資源利用避免了黑液濃縮過程的高能耗，使得黑液得到最充分有利的利用。 新工藝主要采用植物體原料，包括竹子、植物秸稈（諸如小麥、或水稻、或玉米、或大豆、或高粱、或棉花等農作物秸稈）、或龍須草、或甘蔗渣、或蘆葦、或椰殼等，更適用于植物秸稈。新工藝將中國農村的大量被焚燒的秸稈廢棄物更充分的利用了起來，降低了原料成本，實現(xiàn)了用清潔的生產技術將天然資源轉化成綠色產品的工藝突破。此外，新工藝降低了用堿量，通過對浸泡液的重復利用，可大幅度的降低噸漿的耗堿量，且可不添加硫化物、蒽醌等助劑。新工藝粗漿得率約為50%~70%，植物體中95％以上的纖維素被提取，紙漿的相關性能指標也符合要求。新工藝的提取液中存在大量有機物，木質素可與纖維素共同沉淀后分離，且浸泡液、提取液也可多次循環(huán)套用，避免了苛化過程產生大量的廢氣、廢渣污染，濃縮過程中的能耗，以及焚燒過程中的污染物等。 新工藝中提取液可制成有機肥，或用作灌溉，解決了現(xiàn)有制漿工藝中最困難的污染問題。 新工藝覆蓋能源、環(huán)境、清潔生產三大板塊，對生物質能開發(fā)、有機農業(yè)發(fā)展、三廢污染的治理有著極大應用價值。 新工藝是清潔生產、循環(huán)經濟和可持續(xù)性發(fā)展三者的有機結合體，為新能源的開發(fā)利用提供了有力的技術保障，是節(jié)能減排的典例，具有很高的經濟效益、社會效益以及生態(tài)效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 現(xiàn)有造紙制漿工藝（以下簡稱現(xiàn)有工藝）為液固反應，在高溫高壓條件下，過量的堿會破壞大量的纖維素、木質素等植物的有效成份，約2/3的植物體有效成份進入黑液造成資源浪費，纖維提取率低，且過量堿進入黑液中，堿回收能耗高，設備成本高，“三廢”污染嚴重。一個合理的思路是研究一種“分段式”的氣固反應，實現(xiàn)均勻傳質傳熱，同時調節(jié)用堿量至最佳提取纖維的濃度，可避免堿回收造成的污染，并大幅降低制漿成本?；谝陨纤悸?，本實驗團隊發(fā)明了分段式從植物體中提取纖維的制漿新工藝（以下簡稱本發(fā)明）。 本發(fā)明創(chuàng)造性地實現(xiàn)了造紙制漿工藝均勻的傳質傳熱，避免了現(xiàn)有工藝固液混合不均的弊端，攻克了植物體全價開發(fā)及綜合利用的技術難關。 本發(fā)明的技術關鍵是采取分段式從植物體中提取纖維的制漿新工藝，即先用低濃度燒堿液或石灰水浸泡植物體，然后帶壓汽蒸、打磨或爆破噴放、洗漿得到纖維。本發(fā)明的主要技術指標（耗堿量、汽蒸條件、提取液COD值及紙漿性能指標等）都優(yōu)于或不低于現(xiàn)有工藝的技術指標。
科學性、先進性
- 現(xiàn)有工藝采取“一鍋煮”的固液反應模式，傳質傳熱不均勻，同時我們還發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有工藝的用堿量和堿度均遠高于纖維素與木質素分離所需的堿量和堿度，因而纖維、木質素等植物體有效成份被過量的堿破壞而進入黑液，纖維提取率低；多余的堿進入黑液中，致使黑液后處理困難，投資成本高，蒸發(fā)濃縮能耗大，“三廢”污染嚴重。 本發(fā)明涉及一種“分段式”從植物體中提取纖維的制漿新工藝，即先將植物先在低濃度燒堿液或石灰水中充分浸泡，吸收適量堿液，然后從浸泡液中濾出，帶壓汽蒸。這便可在較低的溫度和壓力下以及更短的時間內分離出植物體中的木質素和纖維素，高效率、高收率、低成本、低污染的提取纖維，為造紙制漿工業(yè)提供了簡便低成本的先進工藝。
獲獎情況及鑒定結果
- 1、該作品于2008年12月19日申報一項國家發(fā)明專利，發(fā)明名稱“纖維素提取新工藝”，申請?zhí)枺?00810240326.6。 2、該作品于2009年5月27日申報一項國家發(fā)明專利，發(fā)明名稱“從植物體中提取纖維的綠色工藝”，申請?zhí)枺?00910085014.7。 3、2009年6月，第十一屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽重慶賽區(qū)特等獎 4、該作品通過科技查新證明同樣的研究在國內外檢出文獻中未見報道，也未見相關專利申請。該技術正在進行中試，并正與相關造紙企業(yè)進行談判合作。
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 技術使用權許可轉讓
作品可展示的形式
- 實物、產品；圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 相較當前主流制漿技術，本發(fā)明在原料、制漿方法等方面具有優(yōu)勢。首先，拓寬了原料選擇范圍，以更廉價的龍須草、植物秸稈等為制漿原料，減少了制漿成本，也促進對自然資源的保護與合理利用。其次，改“一鍋煮”為“分段式”，這一提取纖維的新工藝模式，有如下優(yōu)點：一、能耗少。汽蒸過程中溫度壓力降低，汽蒸時間縮短，省去了堿回收過程，能耗降低。二、化學藥劑使用減少。本發(fā)明制漿過程中需要的用堿量顯著低于現(xiàn)有工藝，而且不再使用硫化鈉、蒽醌等助劑。三、操作簡單易學，技術便于掌握。四、生產高效。成本低、高效率的特點，不僅可以為企業(yè)帶來更為可觀的收益，也更有效地利用了自然資源。 本發(fā)明若經推廣，將有如下重大意義：首先，能通過改造現(xiàn)有在生產和已停產的造紙廠極大緩解我國造紙產業(yè)中紙漿量難以自給的局面。其次，促進新的造紙產業(yè)鏈的形成，為促進三農問題的解決提供助力，進而達成農民、造紙廠、國家經濟等多方面的共贏。再次，發(fā)展了人與自然之間的和諧，促進了和諧社會的發(fā)展。
同類課題研究水平概述
- 隨著科學技術的不斷進步，人們對環(huán)境問題越來越關注，而污染大戶——化學化工企業(yè)，也迫切需要大力研究與開發(fā)減少污染的綠色化學。 造紙行業(yè)的污染問題也一直是國內外研究的焦點。所以，國內外對于清潔制漿技術研究非常廣泛。當前國內外造紙行業(yè)提取纖維主要有以下幾種方法： a.酸處理：稀酸對酶解有抑制作用, 需要進行脫毒處理，較少被工業(yè)采用。 b.堿處理：目前工業(yè)普遍采用這種方法，但這種方法產生的黑液難以處理，環(huán)境污染極為嚴重。 c.蒸汽爆破法：始于20 世紀80年代早期, 目前已成為國內外研究比較多且很有效的預處理方法之一，但當前蒸汽爆破法的成本還比較高, 設備要求高，難于實現(xiàn)工業(yè)化要求。 d.生物降解處理：有關科研人員利用白腐菌對玉米秸稈進行生物降解實驗，生物法預處理具有條件溫和、專一性強、能耗低、不會對環(huán)境產生污染等優(yōu)點，但由于技術成本高還未被推廣使用。 長期以來，造紙行業(yè)約占排放總量50%的廢水尚未實現(xiàn)達標處理，廢水污染防治任務相當繁重。造紙黑液是一種成份復雜,污染負荷大且非常難以處理的有機廢液。多年來人們一直努力探尋黑液治理和利用途徑,目前國內外大多采用了堿回收、酸析、生化、膜處理、絮凝沉淀氧化、焦炭過濾吸附處理黑液、光催化法、低溫氣化法和水洗脫堿處理黑液法等數(shù)十種治理利用技術。 當然，無論是對造紙原料的探究，還是對制漿技術的改善，特別是對黑液的處理，國內外都還有許許多多的研究。但檢索文獻范圍內，未見“分段式”從植物體中提取纖維的制漿新工藝，即先用低濃度燒堿液或石灰水于常溫或較低溫度下浸泡原料一定時間，再帶壓汽蒸或蒸煮、打磨、洗漿得到纖維。植物體是竹子、植物秸稈（諸如小麥、或水稻、或玉米、或大豆、或高粱、或棉花等農作物秸稈）、或龍須草、或甘蔗渣、或蘆葦、或椰殼等；未見結合該新工藝資源化處理制漿提取液，實現(xiàn)植物體的全價開發(fā)和清潔生產。 目前很多用現(xiàn)有工藝處理后的廢液達不到國家排放標準，也沒有得到高效的利用，同時很多新技術還不夠成熟，或者成本太高，不利于推廣。
